CN112808184A - 一种气液混合反应器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气液混合反应器，包括反应管、液体进料单元、气体进料单元及、出料单元及夹套，所述液体进料单元、气体进料单元及出料单元分别与反应管流体相通，所述夹套设于反应管的外部，所述气体进料单元包括气体进口和气体分散器，所述气体进口与气体分散器流体相通，所述气体分散器设于反应管。气体原料通过气体分散器分散后进入反应管，气体分散器的孔道直径为纳米至微米级，气体原料经气体分散器分散后形成微小气泡，气泡可达到微纳米级尺寸，气泡表面积和气液相界面积都非常大，有效强化反应管内气液两相反应。

Description

一种气液混合反应器

技术领域

本申请涉及化工设备及配件，特别是一种气液混合反应器。

背景技术

传统的气液混合反应采用鼓泡、搅拌等方式进行，气体的分布和液体的分布不均匀，接触时间不一致，混合效率不高，影响反应效果。且通常依靠外夹套或内盘管进行换热，传热效果差。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气液混合反应器，使气体和液体分布均匀。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种气液混合反应器，包括反应管、液体进料单元、气体进料单元、出料单元及夹套，所述液体进料单元、气体进料单元及出料单元分别与反应管流体相通，所述夹套设于反应管的外部，所述气体进料单元包括气体进口和气体分散器，所述气体进口与气体分散器流体相通，所述气体分散器设于反应管。

改进的，所述气体进料单元包括以下至少之一：

气体分布管，所述气体进口与气体分散器通过气体分布管流体相通，所述气体分布管的一端与气体进口流体相通、另一端与气体分散器流体相通；

气体进料箱，所述气体进口与气体分散器通过气体进料箱流体相通，所述气体进料箱分别与气体进口、气体分散器流体相通。

改进的，所述气体进料单元包括气体进料箱与气体分布管，所述气体进口与气体进料箱流体相通，所述气体分布管的一端安装于气体进料箱并与气体进料箱流体相通、另一端安装有气体分散器并与气体分散器流体相通。

改进的，所述反应管的一端与液体进料单元相连并与其流体相通，所述气体进料单元设于反应管的另一端所在处，所述气体分布管从反应管的另一端插装于反应管，所述气体分布管的插入端不超出反应管。

改进的，所述液体进料单元包括液体进口和液体进料箱，所述液体进口设于液体进料箱并与液体进料箱流体相通，所述反应管的一端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通。

改进的，所述液体进料单元包括液体分布器，所述液体分布器设于液体进料箱内并位于液体进口与反应管之间或设于反应管上。

改进的，所述出料单元包括出口和出料箱，所述出口设于出料箱并与出料箱流体相通，所述反应管安装于液体进料箱与出料箱之间，所述反应管的一端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通、另一端安装于出料箱并与出料箱流体相通。

改进的，所述出料单元包括气液分离器，所述气液分离器安装于出料箱，所述出口包括液体出口和气体出口，所述液体出口与气体出口分别设于出料箱。

改进的，所述液体进料单元包括液体进料箱，所述气体进料单元包括气体进料箱及气体分布管，所述出料单元包括出料箱，所述液体进料箱、反应管、出料箱及气体进料箱自下向上依次排布，所述反应管的下端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通，所述反应管的上端安装于出料箱并与出料箱流体相通，所述气体分布管的上端安装于气体进料箱并与气体进料箱流体相通，所述气体分布管向下延伸穿过出料箱内腔、伸入反应管管腔，所述气体分散器安装于气体分布管的下端并与气体分布管流体相通。

改进的，所述夹套设于液体进料箱与出料箱之间，所述夹套设有介质进口与介质出口，所述夹套内设有折流板，所述折流板沿着反应管的轴向分布于介质进口与介质出口之间。

采用上述技术方案后，本申请具有如下优点：气体原料通过气体分散器分散后进入反应管，气体分散器的孔道直径为纳米至微米级，气体原料经气体分散器分散后形成微小气泡，气泡可达到微纳米级尺寸，气泡表面积和气液相界面积都非常大，有效强化反应管内气液两相反应。

附图说明

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步说明：

图1为本申请所述的气液混合反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，特别的，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，该“固定连接”的方式可以是不可拆卸的连接方式，如焊接、铆接等，也可以是可拆卸的连接方式，如螺纹连接、卡扣连接等。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本申请中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，本申请提供一种气液混合反应器，包括反应管200、液体进料单元100、气体进料单元300、出料单元400及夹套500，液体进料单元100、气体进料单元300及出料单元400分别与反应管200流体相通，夹套设于反应管的外部，气体进料单元300包括气体进口301和气体分散器304，气体进口301与气体分散器304流体相通，气体分散器304设于反应管200。液体原料通过液体进料单元100气体进入反应管200、气体原料通过气体进料单元300进入反应管200、液体原料与气体原料在反应管200内混合反应、然后通过出料单元400流出。气体原料通过气体分散器304分散后进入反应管200，气体分散器304的孔道直径为纳米至微米级，气体原料经气体分散器304分散后形成微小气泡，气泡可达到微纳米级尺寸，气泡表面积和气液相界面积都非常大，有效强化反应管200内气液两相反应。

其中一种实施方式，液体进料单元100设于反应管200的一端并流体相通、出料单元400设于反应管200的另一端并流体相通。气体进料单元300可与液体进料单元100同侧设置、也可与出料单元400同侧设置或其他设置方式，只需确保分散器位于或靠近反应管200的液体输入端即可。液体原料从液体进料单元100输入反应管200、气体原料从气体进料单元300输入反应管200、在反应管200内进行气液混合反应、然后从出料单元400输出。作为优选地实施方式，液体进料单元100、反应管200及出料单元400自下而上排布设置。

液体进料单元100包括液体进口101和液体进料箱102，液体进口101设于液体进料箱102并与液体进料箱102流体相通，反应管200的一端安装于液体进料箱102并与液体进料箱102流体相通。作为优选地实施例，液体进料单元100包括液体分布器103，液体分布器103设于液体进料箱102内并位于液体进口101与反应管200之间或设于反应管上。

出料单元400包括出口和出料箱402，出口设于出料箱402并与出料箱402流体相通，反应管200安装于液体进料箱102与出料箱402之间，反应管200的一端安装于液体进料箱102并与液体进料箱102流体相通、另一端安装于出料箱402并与出料箱402流体相通。

反应管200可设置一根，也可设置多根。反应管200设置多根时，多根反应管200平行地排布于液体进料箱102于出料箱402之间，液体原料从液体进口101进入液体进料箱102，在液体进料箱102内流经液体分布器103，经液体分布器103均匀进入多根反应管200，在反应管200内与气体原料进行气液混合反应，然后流入出料箱402并从出料箱402的出口流出。

其中一种实施方式，出料单元400包括气液分离器，气液分离器安装于出料箱402，出口包括液体出口4012和气体出口4011，液体出口4012与气体出口4011分别设于出料箱402。液体原料与气体原料在反应管200内气液混合反应后，进入出料箱402，通过气液分离器使气体从气体出口4011流出、液体从液体出口4012流出，实现气液分离。

气液分离器优选为液位计(未示出)，通过液位计控制液体从液体出口4012流出、气体从气体出口4011流出。

气体进料单元300包括以下至少之一：

气体分布管303，气体进口301与气体分散器304通过气体分布管303流体相通，气体分布管303的一端与气体进口301流体相通、另一端与气体分散器304流体相通，每根气体分布管可以设置一个气体分散器，也可以设置多个；

气体进料箱302，气体进口301与气体分散器304通过气体进料箱302流体相通，气体进料箱302分别与气体进口301、气体分散器304流体相通。

作为优选地实施例，气体进料单元300包括气体进料箱302与气体分布管303，气体进口301与气体进料箱302流体相通，气体分布管303的一端安装于气体进料箱302并与气体进料箱302流体相通、另一端安装有气体分散器304并与气体分散器304流体相通。

反应管200的一端与液体进料单元100相连并与其流体相通，气体进料单元300设于反应管200的另一端所在处，气体分布管303从反应管200的另一端插装于反应管200，气体分布管303的插入端不超出反应管200。作为优选地实施方式，液体进料箱102、反应管200、出料箱402及气体进料箱302自下而上依次设置，反应管200的一端插装于液体进料箱102、另一端插装于出料箱402，气体分布管303的一端插装于气体进料箱302，气体分布管303穿过贯穿出料箱402悬于反应管200内。这样的设置，一方面，气体经气体分布管303引导均匀分布至各反应管200的液体输入端，再随着液体流向反应管200的液体输出端，此时气体与液体可充分接触反应；另一方面，气液混合反应器的结构简单、易于加工、安装。

作为优选地实施例，夹套500设于液体进料箱102与出料箱402之间，夹套500设有介质进出口501，介质进出口501包括介质进口与介质出口。换热介质从介质进口流入夹套500、从介质出口流出夹套500，液体原料与气体原料在反应管200内进行气液混合反应时与换热介质换热，以此控制反应温度。作为进一步优选地实施方式，夹套500内设有折流板(未示出)，折流板沿着反应管200的轴向分布于介质进口与介质出口之间。单管尺寸较小，传热系数较高，反应温度控制均匀。

下面结合具体实施例进行说明：

实施例一：

本申请提供一种气液混合反应器，包括罐体，罐体内自下而上设置有第一分布板1021、第二分布板4021和第三分布板3021，第一分布板1021在罐体的底部分隔出液体进料腔，第一分布板1021与罐体的底部形成液体进料箱102，第一分布板1021与第二分布板4021之间安装反应管200，反应管200的一端插装于第一分布板1021、另一端插装于第二分布板4021，罐体内位于第一分布板1021与第二分布板4021之间的内腔为介质流通腔，罐体位于第一分布板1021与第二分布板4021之间的部分为夹套500，罐体内位于第二分布板4021与第三分布板3021之间的内腔为出料腔，罐体、第二分布板4021与第三分布板3021形成出料箱402，第三分布板3021在罐体的顶部分隔出气体进料腔，第三分布板3021与罐体的顶部形成气体进料箱302。

液体进料箱102设有与液体进料腔流体相通的液体进口101，液体进料箱102安装有将液体进料腔分隔成上下两部分的液体分布器103。液体进料单元100包括液体进口101、液体进料箱102及液体分布器103。

出料箱402设有分别与出料腔流体相通的气体出口4011和液体出口4012，气体出口4011设于液体出口4012的上方，出料箱402设有液位计口403，液位计口403安装有液位计。出料单元400包括出料箱402、气体出口4011、液体出口4012及液位计。

反应管200的一端插装于第一分布板1021并与液体进料腔流体相通、另一端插装于第二分布板4021并与出料腔流体相通。

夹套500设有分别与介质流通腔流体相通的介质进口和介质出口，介质流通腔设有折流板，折流板沿着反应管200的轴向分布于介质进口与介质出口之间。

气体进料箱302设有与气体进料腔流体相通的气体进口301，第三分布板3021安装有气体分布管303，气体分布管303的上端插装于第三分布板3021并与气体进料腔流体相通，气体分布管303自上向下延伸穿过出料腔、并伸入至反应管200，气体分布管303的下端不超出反应管200的下端，气体分布管303的下端安装有气体分散器304，气体分散器304的孔道直径为纳米至微米级。气体进料单元300包括气体进口301、气体进料箱302、气体分布管303及气体分散器304。气体从气体进口301进入气体进料腔、经第三分布管分布流至气体分布管303，气体进料腔即气体缓冲腔，第三分布板3021即气体分布器，使得气体均匀分布至各气体分布管303。

液体从气液混合反应器底部进入，经过液体分布器103，自下而上均匀进入反应管200(单管直径厘米级)中；气体从气液混合反应器顶部进入气体进料腔，先经过气体分布器(第三分布板3021)自上而下均匀进入气体分布管303(气体分布管303出口不超出反应管200下端或与反应管200下端基本平齐，气体分布管303出口装有气体分散器304，气体分散器304的孔道直径为纳米至微米级)，气体经过分散后形成微小气泡自下而上与液体接触反应。经过一定停留时间后，气液混合物进入出料腔的气液分离器(装有液位计)，通过液位计控制液体从液体出口4012流出，气体从气体出口4011流出，实现气液分离。

气体与液体各自独立分布，不互相干扰，结构简单，均匀性更好；气体分散效果好，气泡可达到微纳级尺寸，气泡表面积和气液相界面积都非常大，非常有利于强化气液两相反应；管道数量可根据产能需求随意调节(单根或多跟都可行)，解决气液反应器放大瓶颈，灵活方便；出料箱402自动实现气液分离，反应与分离功能耦合；夹套500内设有折流板，且单管尺寸较小，传热系数较高，反应温度控制均匀；无动设备，耐压范围宽，结构可靠性高。

除上述优选实施例外，本申请还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本申请作出各种改变和变形，只要不脱离本申请的精神，均应属于本申请所附权利要求所定义的范围。

Claims (10)

1.一种气液混合反应器，其特征在于：包括反应管、液体进料单元、气体进料单元、出料单元及夹套，所述液体进料单元、气体进料单元及出料单元分别与反应管流体相通，所述夹套设于反应管的外部，所述气体进料单元包括气体进口和气体分散器，所述气体进口与气体分散器流体相通，所述气体分散器设于反应管。

2.根据权利要求1所述的气液混合反应器，其特征在于，所述气体进料单元包括以下至少之一：

气体分布管，所述气体进口与气体分散器通过气体分布管流体相通，所述气体分布管的一端与气体进口流体相通、另一端与气体分散器流体相通；

气体进料箱，所述气体进口与气体分散器通过气体进料箱流体相通，所述气体进料箱分别与气体进口、气体分散器流体相通。

3.根据权利要求2所述的气液混合反应器，其特征在于，所述气体进料单元包括气体进料箱与气体分布管，所述气体进口与气体进料箱流体相通，所述气体分布管的一端安装于气体进料箱并与气体进料箱流体相通、另一端安装有气体分散器并与气体分散器流体相通。

4.根据权利要求2所述的气液混合反应器，其特征在于，所述反应管的一端与液体进料单元相连并与其流体相通，所述气体进料单元设于反应管的另一端所在处，所述气体分布管从反应管的另一端插装于反应管，所述气体分布管的插入端不超出反应管。

5.根据权利要求1所述的气液混合反应器，其特征在于，所述液体进料单元包括液体进口和液体进料箱，所述液体进口设于液体进料箱并与液体进料箱流体相通，所述反应管的一端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通。

6.根据权利要求5所述的气液混合反应器，其特征在于，所述液体进料单元包括液体分布器，所述液体分布器设于液体进料箱内并位于液体进口与反应管之间或设于反应管上。

7.根据权利要求6所述的气液混合反应器，其特征在于，所述出料单元包括出口和出料箱，所述出口设于出料箱并与出料箱流体相通，所述反应管安装于液体进料箱与出料箱之间，所述反应管的一端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通、另一端安装于出料箱并与出料箱流体相通。

8.根据权利要求7所述的气液混合反应器，其特征在于，所述出料单元包括气液分离器，所述气液分离器安装于出料箱，所述出口包括液体出口和气体出口，所述液体出口与气体出口分别设于出料箱。

9.根据权利要求1所述的气液混合反应器，其特征在于，所述液体进料单元包括液体进料箱，所述气体进料单元包括气体进料箱及气体分布管，所述出料单元包括出料箱，所述液体进料箱、反应管、出料箱及气体进料箱自下向上依次排布，所述反应管的下端安装于液体进料箱并与液体进料箱流体相通，所述反应管的上端安装于出料箱并与出料箱流体相通，所述气体分布管的上端安装于气体进料箱并与气体进料箱流体相通，所述气体分布管向下延伸穿过出料箱内腔、伸入反应管管腔，所述气体分散器安装于气体分布管的下端并与气体分布管流体相通。

10.根据权利要求7-9任一所述的气液混合反应器，其特征在于，所述夹套设于液体进料箱与出料箱之间，所述夹套设有介质进口与介质出口，所述夹套内设有折流板，所述折流板沿着反应管的轴向分布于介质进口与介质出口之间。

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